一种倾转旋翼机桨毂系统的制作方法

1.本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种倾转旋翼机桨毂系统。


背景技术：

2.铰接式旋翼是传统的旋翼型式，在长期的应用中这种形式发展的比较成熟，经验也较多。但是，由于结构复杂、维修工作量大，而且安全性比较差，超纵功效及角速度阻尼小等固有的缺点，这种形式是很不理想，因此各方面均开始无铰式旋翼的研究工作。20世纪60年代，由美国人提出采用弹性轴承的主张来简化桨毂。
3.旋翼机的旋翼系统可实现飞机的气动弹性稳定性和基本动力模式。倾转旋翼在高速前飞时的俯仰旋翼稳定性尤为重要，其中机翼的扭转刚度和弯曲刚度起着重要作用。倾转旋翼还必须正确地将机翼弯曲模式设置在远离原强迫频率的位置。
4.弹性轴承在国内外已得到广泛运用，其作为直升机旋翼系统的重要构件，在桨叶与桨毂中央件之间起柔性连接作用，通常在一定的径向和扭转及弯曲载荷下使用，减小桨叶旋转过程中对中央件产生的扭转、挥舞、摆振载荷，弹性轴承的各向刚度性能指标对旋翼系统的动态性有重要影响。
5.现有技术中弹性轴承一般多用于桨叶与桨毂中心件的连接，桨毂中心件与主轴的连接一般为刚性连接，其不足之处在于，实际使用过程中，桨毂中心件的磨损较为严重，从而严重影响了其使用寿命，且维护、更换成本较高。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种倾转旋翼机桨毂系统，解决现有桨毂中心件与主轴刚性连接导致的桨毂中心件使用寿命短的问题，从而延长桨毂中心件使用寿命、且降低成本。
7.本发明的目的是这样实现的：一种倾转旋翼机桨毂系统，包括主轴与桨毂中心件，所述桨毂中心件采用复合材料制成，所述主轴与桨毂中心件经球铰连接装置相连，所述球铰连接装置固定安装在桨毂中心件上，所述球铰连接装置由上中央弹性轴承、下中央弹性轴承、分扭器、驱动连杆弹性轴承组件以及球铰支架组成，所述上中央弹性轴承、下中央弹性轴承、分扭器中心开设有与主轴配合的花键孔，所述上中央弹性轴承与下中央弹性轴承经球铰支架串联后固定在桨毂中心件上，同时将分扭器夹紧在上中央弹性轴承与下中央弹性轴承之间，所述分扭器与球铰支架之间经所述驱动连杆弹性轴承组件相连。
8.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述驱动连杆弹性轴承组件设有三组，均匀布置在分扭器与球铰支架之间，所述驱动连杆弹性轴承组件包括驱动连杆，所述驱动连杆的一端经第一弹性轴承与分扭器相连，所述驱动连杆的另一端经第二弹性轴承与球铰支架相连。
9.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述第一弹性轴承与第二弹性轴承均为球面结构，第一弹性轴承和第二弹性轴承分别设置在驱动连杆两端内
部，第一弹性轴承经第一球头连杆与分扭器外侧相连，第二弹性轴承经第二球头连杆与球铰支架相连。
10.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述第一弹性轴承、第二弹性轴承的中心轴与球铰连接装置的中心轴相位垂直。
11.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述上中央弹性轴承包括设置在上中央弹性轴承大端和上中央弹性轴承小端之间的上叠层弹性体，所述上中央弹性轴承大端、上叠层弹性体以及上中央弹性轴承小端的接触面均为球面结构，所述上中央弹性轴承大端的周沿设有上支撑凸台，上支撑凸台连接在球铰支架的顶端，所述上中央弹性轴承小端抵触在分扭器的顶端。
12.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述下中央弹性轴承包括设置在下中央弹性轴承大端和下中央弹性轴承小端之间的下叠层弹性体，所述下中央弹性轴承大端、下叠层弹性体以及下中央弹性轴承小端的接触面均为球面结构，所述下中央弹性轴承大端的周沿设有下支撑凸台，下支撑凸台连接在球铰支架的底端，所述下中央弹性轴承小端抵触在分扭器的底端。
13.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述分扭器和球铰支架均为套管结构。
14.作为本发明所述一种倾转旋翼机桨毂系统的优选技术方案，所述球铰支架设有3n个，n≥1。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过使用本发明中的球铰连接装置连接主轴与桨毂中心件（复合材料制成），通过一组部件就实现挥舞铰、摆振铰、变距三铰的功能，在不影响桨叶正常工作的情况下，将桨毂中心件的受力转移至球铰连接装置，大大减轻了桨毂中心件的受力情况，减轻了桨毂中心件的磨损，延长了其使用寿命，从而大大降低了维护检修成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本发明结构立体图。
18.图2为本发明结构俯视图。
19.图3为本发明中球铰连接装置立体图。
20.图4为本发明中球铰连接装置正视图。
21.图5为沿图4中a-a向剖视图。
22.其中，100球铰连接装置，101上中央弹性轴承，101a上中央弹性轴承大端，101b上中央弹性轴承小端，101c上叠层弹性体，101d上支撑凸台，102下中央弹性轴承，102a下中央弹性轴承大端，102b下中央弹性轴承小端，102c下叠层弹性体，102d下支撑凸台，103分扭器，103a安装座，104驱动连杆弹性轴承组件，104a驱动连杆，104b第一弹性轴承，104c第一球头连杆，104d第二弹性轴承，104e第二球头连杆，105球铰支架，105a安装板，106螺杆，200
桨毂中心件。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1-5所示的一种倾转旋翼机桨毂系统，包括主轴（图中未示出）与桨毂中心件200，桨毂中心件200采用复合材料制成，主轴与桨毂中心件200经球铰连接装置100相连，球铰连接装置100固定安装在桨毂中心件200上，球铰连接装置100由上中央弹性轴承101、下中央弹性轴承102、分扭器103、驱动连杆弹性轴承组件104以及球铰支架105组成，上中央弹性轴承101、下中央弹性轴承102、分扭器103中心开设有与主轴配合的花键孔，上中央弹性轴承101与下中央弹性轴承102经球铰支架105串联后固定在桨毂中心件200上，同时将分扭器103夹紧在上中央弹性轴承101与下中央弹性轴承102之间，分扭器103与球铰支架105之间经驱动连杆弹性轴承组件104相连。
25.具体的，主轴贯穿桨毂中心件200设置、且通过花键连接，桨毂中心件200为三叉结构，分别用于连接三个桨叶，主轴与发动机输出轴传动连接，分扭器103为套管结构，球铰支架105为六根套管结构，均布在外周，套管内贯穿有螺杆106，将球铰连接装置100固定安装在桨毂中心件200上。
26.需要说明的是，其中上中央弹性轴承101组件、下中央弹性轴承102组件提供桨毂挥舞刚度，驱动连杆104a轴承组件提供桨毂摆振刚度；球铰连接装置100具备六自由度静刚度参数，分扭器103将上中央弹性轴承101、驱动连杆弹性轴承组件104和下中央弹性轴承102连接，形成球铰的内球，其主要功能是将主轴扭转传递并分配给驱动连杆104a弹性轴承；球铰支架105将上中央弹性轴承101、驱动连杆104a弹性轴承和下中央弹性轴承102连接成一个整体，形成球铰的外球，且球铰支架105与桨毂中心件200连接，故球铰支架105可以将驱动连杆104a弹性轴承扭矩传递至桨毂；球铰连接装置100从本质上看相当于一个联轴器，其功能就是连接主轴和桨毂，由于高扭矩和不对中（指桨毂由于挥舞运动导致的桨毂中心轴线与主轴中心轴线有夹角）要求，旋翼转子联轴器的性能要求极具挑战性，将动力（具有转子断开能力）从旋翼齿轮箱传输至转子的联轴器也必须适应旋翼挥舞运动产生的角度偏差；其具备以下优点：在两个方向上传递高扭矩，适应大的角偏差；本发明作为一个恒速联轴节运行，不需要润滑，简化了桨毂系统，减少了零件数，使得可靠性有所提高，桨毂重量和阻力有所减少，性能提升，桨叶与机身作为整体运动，操纵响应更快；同时，将桨毂中心件200的受力转移至球铰连接装置100，大大减轻了桨毂中心件200的受力情况，减轻了桨毂中心件200的磨损，延长了其使用寿命，从而大大降低了维护检修成本；旋翼旋转时会产生一个反作用力矩，使飞机机身向旋翼旋转的反方向旋转，本发明结构克服了飞行力矩，产生了不同的结构形式。
27.进一步的，驱动连杆弹性轴承组件104设有三组，均匀布置在分扭器103与球铰支架105之间，驱动连杆弹性轴承组件104包括驱动连杆104a，驱动连杆104a的一端经第一弹性轴承104b与分扭器103相连，驱动连杆104a的另一端经第二弹性轴承104d与球铰支架105
相连。
28.具体的，驱动连杆104a为哑铃状结构，第一弹性轴承104b、第二弹性轴承104d设置在两端球形空腔内。
29.需要说明的是，驱动连杆弹性轴承组件104主要功能在于降低主轴与桨叶颤振、静发散不稳定现象，驱动连杆弹性轴承组件104通过两端弹性轴承的弯曲来调节由于角度不对中而产生的振荡动态扭矩，使得总成中的振荡转矩被抵消。
30.进一步的，第一弹性轴承104b与第二弹性轴承104d均为球面结构，第一弹性轴承104b和第二弹性轴承104d分别设置在驱动连杆104a两端内部，第一弹性轴承104b经第一球头连杆104c与分扭器103外侧相连，第二弹性轴承104d经第二球头连杆104e与球铰支架105相连。
31.具体的，分扭器103的外侧设有安装座103a，第一球头连杆104c的根部固定在安装座103a上，球头部伸入驱动连杆104a的端部球形空腔内，弹性体置于球头部与球形空腔内壁之间；球铰支架105的侧部设有安装板105a，第二球头连杆104e的根部固定在安装板105a上、球头部伸入驱动连杆104a的另一端部球形空腔内，弹性体置于球头部与球形空腔内壁之间。
32.需要说明的是，上述设计可有效地避免传动系统共振，降低传动系统噪声，平衡反作用力距。
33.进一步的，第一弹性轴承104b、第二弹性轴承104d的中心轴与球铰连接装置100的中心轴相位垂直。
34.需要说明的是，如此设计可保证驱动连杆弹性轴承组件104的作用效果。
35.进一步的，上中央弹性轴承101包括设置在上中央弹性轴承大端101a和上中央弹性轴承小端101b之间的上叠层弹性体101c，上中央弹性轴承大端101a、上叠层弹性体101c以及上中央弹性轴承小端101b的接触面均为球面结构，上中央弹性轴承大端101a的周沿设有上支撑凸台101d，上支撑凸台101d连接在球铰支架105的顶端，上中央弹性轴承小端101b抵触在分扭器103的顶端。
36.具体的，上叠层弹性体101c倾斜设置在上中央弹性轴承大端101a和上中央弹性轴承小端101b之间。
37.需要说明的是，如此设计可降低轴与传动系统接连部分的扭转刚度，从而降低传动系扭振的固有频率，增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振相应振幅，并衰减因冲突产生的瞬间扭振。
38.进一步的，下中央弹性轴承102包括设置在下中央弹性轴承大端102a和下中央弹性轴承小端102b之间的下叠层弹性体102c，下中央弹性轴承大端102a、下叠层弹性体102c以及下中央弹性轴承小端102b的接触面均为球面结构，下中央弹性轴承大端102a的周沿设有下支撑凸台102d，下支撑凸台102d连接在球铰支架105的底端，下中央弹性轴承小端102b抵触在分扭器103的底端。
39.具体的，上叠层弹性体101c倾斜设置在上中央弹性轴承大端101a和上中央弹性轴承小端101b之间。
40.需要说明的是，如此设计可降低轴与传动系统接连部分的扭转刚度，从而降低传动系扭振的固有频率，增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振相应振幅，并衰减因冲突产生的
瞬间扭振。
41.传统主轴通常是一个空心圆柱形金属轴，由传动装置驱动向上延伸，在主轴的顶部是桨叶的安装支点，称为桨毂，这两者是直接将桨叶载荷传递至机体的重要部件，这种设计消除了常规铰接式的金属对金属接触和润滑的需要，大大减少维护的工作量，该结构自身稳定。
42.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种倾转旋翼机桨毂系统，包括主轴与桨毂中心件（200），其特征在于，所述桨毂中心件（200）采用复合材料制成，所述主轴与桨毂中心件（200）经球铰连接装置（100）相连，所述球铰连接装置（100）固定安装在桨毂中心件（200）上，所述球铰连接装置（100）由上中央弹性轴承（101）、下中央弹性轴承（102）、分扭器（103）、驱动连杆弹性轴承组件（104）以及球铰支架（105）组成，所述上中央弹性轴承（101）、下中央弹性轴承（102）、分扭器（103）中心开设有与主轴配合的花键孔，所述上中央弹性轴承（101）与下中央弹性轴承（102）经球铰支架（105）串联后固定在桨毂中心件（200）上，同时将分扭器（103）夹紧在上中央弹性轴承（101）与下中央弹性轴承（102）之间，所述分扭器（103）与球铰支架（105）之间经所述驱动连杆弹性轴承组件（104）相连。2.根据权利要求1所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述驱动连杆弹性轴承组件（104）设有三组，均匀布置在分扭器（103）与球铰支架（105）之间，所述驱动连杆弹性轴承组件（104）包括驱动连杆（104a），所述驱动连杆（104a）的一端经第一弹性轴承（104b）与分扭器（103）相连，所述驱动连杆（104a）的另一端经第二弹性轴承（104d）与球铰支架（105）相连。3.根据权利要求2所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述第一弹性轴承（104b）与第二弹性轴承（104d）均为球面结构，第一弹性轴承（104b）和第二弹性轴承（104d）分别设置在驱动连杆（104a）两端内部，第一弹性轴承（104b）经第一球头连杆（104c）与分扭器（103）外侧相连，第二弹性轴承（104d）经第二球头连杆（104e）与球铰支架（105）相连。4.根据权利要求3所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述第一弹性轴承（104b）、第二弹性轴承（104d）的中心轴与球铰连接装置（100）的中心轴相位垂直。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述上中央弹性轴承（101）包括设置在上中央弹性轴承大端（101a）和上中央弹性轴承小端（101b）之间的上叠层弹性体（101c），所述上中央弹性轴承大端（101a）、上叠层弹性体（101c）以及上中央弹性轴承小端（101b）的接触面均为球面结构，所述上中央弹性轴承大端（101a）的周沿设有上支撑凸台（101d），上支撑凸台（101d）连接在球铰支架（105）的顶端，所述上中央弹性轴承小端（101b）抵触在分扭器（103）的顶端。6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述下中央弹性轴承（102）包括设置在下中央弹性轴承大端（102a）和下中央弹性轴承小端（102b）之间的下叠层弹性体（102c），所述下中央弹性轴承大端（102a）、下叠层弹性体（102c）以及下中央弹性轴承小端（102b）的接触面均为球面结构，所述下中央弹性轴承大端（102a）的周沿设有下支撑凸台（102d），下支撑凸台（102d）连接在球铰支架（105）的底端，所述下中央弹性轴承小端（102b）抵触在分扭器（103）的底端。7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述分扭器（103）和球铰支架（105）均为套管结构。8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种倾转旋翼机桨毂系统，其特征在于，所述球铰支架（105）设有3n个，n≥1。

技术总结
本发明涉及航空领域内，具体公开了一种倾转旋翼机桨毂系统，包括主轴与桨毂中心件，主轴与桨毂中心件经球铰连接装置相连，球铰连接装置固定安装在桨毂中心件上，球铰连接装置由上中央弹性轴承、下中央弹性轴承、分扭器、驱动连杆弹性轴承组件以及球铰支架，上中央弹性轴承、下中央弹性轴承、分扭器中心开设有与主轴配合的花键孔，上中央弹性轴承与下中央弹性轴承经球铰支架串联后固定在桨毂中心件上，同时将分扭器夹紧在上中央弹性轴承与下中央弹性轴承之间，分扭器与球铰支架之间经驱动连杆弹性轴承组件相连，本发明延长了桨毂中心件使用寿命、且降低成本。且降低成本。且降低成本。


技术研发人员：张璐璐 雷向东 周勇权 孙淑璐 徐平静
受保护的技术使用者：扬州平航航空动力技术有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/4/17